Кристаллы выращенные: Набор для выращивания Lori Лучистые кристаллы Красный кристалл

Набор для выращивания Lori Лучистые кристаллы Красный кристалл

Запросите оферту через форму обратной связи

В наличии

• Характеристики
• Торговая марка: Lori
• Тематика: опыты и эксперименты
• Серия: Лучистые кристаллы
• Пол ребенка: унисекс
• Возрастная категория: 10+

Цена интернет-магазина. Указана с НДС.

Наличие в магазинах «Комус» товара с артикулом N {{productId}}
{{region}}, состояние на {{currentTime}}

Подробную информацию о цене и количестве товара вы можете получить,
позвонив по телефону ближайшего к Вам магазина «Комус».

Закрыть

Закрыть

Сравнение товаров

Закрыть

Нечего сравнивать

Набор для творчества Лучистые кристаллы. Серия наборов, позволяющая провести интересный химический опыт и вырастить красивый кристалл. Яркая палитра цветов. Кристалл вырастает за 2 дня. Состав набора: Химический реактив с красителем, поддон для выращивания кристаллов, картонная основа, подроная инструкция. Размеры готового изделия: 5×8 см. Размеры упаковки: 135×113×40 мм.

{{#if (eqw this. forbidden true)}} {{> productAddToCartForbiddenTemplate}} {{else}} {{#if (and (neqw this.stock null) (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK») (neqw this.price null))}} {{else}} Товар недоступен {{/if}} {{/if}} Арт. {{this.code}} {{#if this.stock}} {{#if (neqw this.stock.stockStatusText null)}} {{{ this.stock.stockStatusText }}} {{else}} {{#if (eqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «ONREQUEST»)}} Под заказ {{else}} {{#if (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK»)}} В наличии {{else}} Нет в наличии {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/each}} {{#each fields}}
{{@key}}	{{this}}
Торговая марка	{{#if (neqw this. trademark null)}} {{this.trademark.name}} {{/if}}
Рейтинг	{{#if (eqw this.ratingWidth null)}} {{this.averageRating}}{{#if (eqw this.averageRating null)}}0{{/if}}
{{#unless eaistPopup}} Отсутствующий товар: {{/unless}}	Выберите товары для замены:
{{#if (gt @index 0)}} {{/if}} {{#if (eqw this. forbidden true)}} {{> productAddToCartForbiddenTemplate}} {{else}} {{#if (and (neqw this.stock null) (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK») (neqw this.price null))}} {{else}} Товар недоступен {{/if}} {{/if}} Арт. {{this.code}} {{#if this.stock}} {{#if (neqw this.stock.stockStatusText null)}} {{{ this.stock.stockStatusText }}} {{else}} {{#if (eqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «ONREQUEST»)}} Под заказ {{else}} {{#if (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK»)}} В наличии {{else}} Нет в наличии {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/each}}
{{@key}}	{{this}}
Торговая марка	{{#if (neqw this. trademark null)}} {{this.trademark.name}} {{/if}}
Рейтинг	{{#if (eqw this.ratingWidth null)}} {{this.averageRating}}{{#if (eqw this.averageRating null)}}0{{/if}}

Отзывы: Набор для выращивания Lori Лучистые кристаллы Красный кристалл

Отзывы могут оставлять только авторизованные пользователи.

Магазин «Комус»,

{{this.shopAnswer}}

Лаборатория роста кристаллов

 Из истории   Научные задачи  Прикладные задачи   Партнеры  Производство кристаллов   

Сотрудники лаборатории

Штатная численность лаборатории составляет около 50 человек, поскольку в состав подразделения входит опытное производство, включающее ростовой участок, участок оптико-механической обработки кристаллов, участок подготовки шихты и химобработки изделий, участок сборки сцинтиблоков, группу инженерно-технического обеспечения. Заведующий лабораторией – к.х.н. Шлегель Владимир Николаевич. 

Из истории

Подразделение было выделено из лаборатории эпитаксиальных слоев в отдельную научно-технологическую группу, в которой сочетаются НИОКР и опытное производство кристаллов, в конце 1991 года. Этому предшествовал период интенсивного формирования тематики, начавшийся с того, что перед небольшим коллективом сотрудников академиком Ф.А. Кузнецовым была поставлена задача автоматизации процесса выращивания лазерных кристаллов двойных щелочно-редкоземельных молибдатов и вольфраматов низкоградиентным методом Чохральского. Созданный А.А. Павлюком, низкоградиентный метод Чохральского являлся ключевой составляющей разработки, поскольку, используя традиционные подходы, не удавалось вырастить кристаллы этих соединений. Впервые соединения были синтезированы в лаборатории синтеза и роста монокристаллов РЗЭ и обладали рядом преимуществ по сравнению с известными лазерными материалами.

В составе лаборатории эпитаксиальных слоев сотрудники группы успешно участвовали в разработке и внедрении автоматизированных технологий выращивания лазерных и других функциональных кристаллов в отраслевые институты и на промышленные предприятия бывшего СССР – ГОИ им. С.И. Вавилова (Ленинград), НПО «Монокристаллреактив» (Харьков), Кироваканский химзавод, Красноярский завод цветных металлов и др.  

Момент административного выделения подразделения совпал со временем распада СССР и началом рыночных реформ. После 1992 года производство кристаллов на промышленных предприятиях, где институт внедрил технологии роста кристаллов, было свернуто, причем некоторые предприятия оказались за пределами России. Сохранить и далее развивать научно-технический потенциал в условиях резкого сокращения бюджетного и хоздоговорного финансирования удалось, организовав экспортно-ориентированное производство сцинтилляционных кристаллов германата висмута Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO). Кредитные ресурсы, необходимые для создания производственных мощностей, были получены благодаря поддержке Российским Фондом технологического развития (РФТР) проекта «Совершенствование технологии выращивания большеразмерных кристаллов германата висмута и создание на этой основе экспортно-ориентированного опытного производства сцинтилляционных элементов» с финансированием на возвратной основе. После успешного выполнения этого проекта в 1997-1998 гг. институт сумел занять достойное место на мировом рынке сцинтилляционных кристаллов.  

Фундаментальные научные задачи 

Фундаментальные исследования лаборатории, тесно связанные с решением прикладных задач, направлены, в первую очередь, на развитие научных основ процесса выращивания кристаллов из расплава разработанной в институте низкоградиентной модификацией метода Чохральского (LTG Cz – low thermal gradient Czochralski technique).

Направления фундаментальных исследований

• Изучение формообразования кристаллов смешанных оксидов и их морфологии в условиях низких градиентов температуры и доминирования послойного механизма роста; изучение макрорельефа поверхности и реальной структуры кристаллов.
• Изучение связи свойств и реальной структуры кристаллов с условиями роста, формообразованием, стехиометрией и с примесным составом.
• Моделирование тепло-массопереноса в условиях низкоградиентного метода; анализ динамики процесса выращивания, как объекта управления, получение необходимых для этого физико-химических констант.

Объекты

Сотрудниками лаборатории были детально изучены условия выращивания в низких градиентах ряда совершенных оксидных сцинтилляционных кристаллов – Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO), CdWO₄, ZnWO₄ ,_{а также других оксидных функциональных кристаллов, в частности, LiNbO3, Bi12GeO20, Bi12SiO20, Pb2MoO5 и т.п.} 

В настоящее время основными объектами исследований являются кристаллы ZnMoO₄, Li₂MoO₄, Na₂Mo₂O₇, PbMoO₄ и другие кристаллы, используемые в качестве рабочего тела в криогенных болометрах, применяемых в астрофизике частиц для поиска т.н. редких событий – двойного безнейтринного бета-распада и обнаружения гипотетических частиц WIMP. Для экспериментов в этой области требуются высокосовершенные изотопно-обогащенные сцинтилляционные кристаллы с низким уровнем радиоактивного фона. Первым шагом в этом направлении было выращивание в 2009 г. моноизотопного по кадмию кристалла ¹⁰⁶CdWO₄.) с уникальным (87%) коэффициентом использования ограниченного количества сырья (265 г), синтезированного ЗАО НеоХим. В последние годы были успешно выращены кристаллы Zn¹⁰⁰MoO₄ и Li₂¹⁰⁰MoO₄ и др. для международных проектов LUMINEU, AMoRE‑II и CUPID‑Mo. На первой стадии этих работ использовался оксид ¹⁰⁰Mo₂O₃; позднее в качестве исходного сырья служил металлический молибден, обогащенный изотопом ¹⁰⁰Mo. 

Прикладные задачи, решаемые и разрабатываемые лабораторией  

• Разработка и модернизация ростового оборудования с автоматическим весовым контролем для выращивания кристаллов низкоградиентным методом Чохральского.
• Разработка технологии производства оксидных кристаллов, начиная от синтеза особочистых веществ– прекурсоров роста кристаллов (Bi₂O₃; WO₃; MoO₃ и др. ), заканчивая обработкой кристаллов и рециклированием отходов изотопно-обогащенного сырья.
• Развитие методов контроля и системы управления качеством в производстве кристаллов и изделий на их основе.

Научные и производственные связи, партнеры  

Подразделение тесно сотрудничает со следующими институтами и организациями:

• Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
• Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе СО РАН
• Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
• ГП «Германий», Красноярск

Зарубежные связи

• Институт ядерных исследований НАН Украины
• Институт химии конденсированных сред, Бордо, Франция (Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux)
• Институт космической астрофизики, Орсей, Франция (Institut d’Astrophysique Spatiale)
• Центр ядерной спектрометрии и масс-спектрометрии, Орсей, Франция (Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse)
• Institute for Basic Science, Daejeon,Korea

.  

Финишным продуктом производства являются сцинтилляционные элементы на основе кристаллов BGO, а также сцинтиблоки и детектирующие матрицы. Вес кристаллических буль BGO, выращиваемых методом LTG Cz на разработанных в ИНХ производственных установках НХ780, достигает 70 кг. Кристаллы, выращиваемые однократной кристаллизацией, имеют радиационную стойкость на уровне ~10⁶ рад.

Стабильная технология – результат многолетнего исследований и сотрудничества лаборатории с другими институтами СО РАН – ИЯФ, ИГиГ и ИАиЭ, а также с ФТИ РАН, начало которому было положено ещё в бывшем СССР. Поскольку радиационная стойкость зависит как от условий роста, так и от присутствия примесей на уровне долей ppm, ключевую роль в достижении стабильности играет организация в ИНХ синтеза исходного оксида висмута в и контроль всех стадий производства.

Среди зарубежных потребителей кристаллов BGO, производимых институтом, насчитывается более трех десятков научных организаций и фирм. В ряде случаев ИНХ СО РАН являлся единственным производителем, обеспечивающим требуемое экстремальное качество кристаллов для крупных физических проектов:

• Еще в 1999 г. 48 кристаллов BGO размером 20x90x(310-345) мм³ были изготовлены для вето-экрана спектрометра IBIS – одного из двух основных инструментов международной орбитальной астрофизической лаборатории INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory), созданной в рамках Европейского космического агентства. Выведенная на орбиту российской ракетой “Протон” в октябре 2002 года, эта лаборатория до сих пор играет важную роль в исследованиях ученых Европы, США и России.
• В 2013 году в Норильске успешно завершила полет запущенная в Швеции международная стратостатная станция POGoLite, целью которой являлось изучение поляризованного гамма-излучения вселенной. Для этого проекта ИНХ изготовил более 400 высококачественных кристаллов BGO сложной формы с общим весом более 300 кг.
• С марта 2015 в составе гамма-спектроскопа межпланетного зонда Dawn, запущенного NASA в 2007, кристалл BGO, выращенный в ИНХ, вращается вокруг карликовой планеты Церера.
• В 2009-2011 гг. в ИНХ было изготовлено 1260 клиновидных кристаллов 20-ти типоразмеров общим весом 1,8 тонны для 4πэлектромагнитного калориметра Отделения ядерной физики университета, Университета Тохоку, Сендай.
• В 2011-2013 гг. радиационно-стойкие кристаллы сложной формы изготовлены для рентгеновского космического телескопа ASTRO-H, разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA).

Российский рынок

Потребление кристаллов BGO в России постепенно нарастает, однако оно остается недостаточным, чтобы сделать его рентабельным, и именно экспортная основа создала возможность обеспечить высококачественными кристаллами отечественных  приборостроителей. С другой стороны, хотя объем российского рынка относительно невелик, он связан с решением государственных задач первостепенной важности – геологоразведкой, системами обнаружения ВВ, промышленной томографией на предприятиях ВПК и др.

Сотрудники

Заведующий лабораторией			к.х.н. ШЛЕГЕЛЬ  Владимир Николаевич	59-69	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
Материально-ответственн.			ШЛЕГЕЛЬ Елена Петровна	59-63	330-72-30 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
			АТОРИН  Владимир Михайлович	55-29	333-15-46	148(всп. )
			БЕЛЫХ  Николай Тимофеевич	59-86	333-15-46	150(всп.)
			БЕРЕЗНЯК  Оксана Леонидовна	55-38	330-34-88	141(всп.)
			БОРОВЛЁВ  Юрий Алексеевич	55-18 59-65 55-34	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.) 125(I) 123(I)
			БРАГИН  Роман Игоревич	55-18	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.)
			БУРДУКОВА  Марина Викторовна	57-72	333-15-46	149(всп.)
			к.х.н. ВАСИЛЬЕВ  Ян Владимирович	59-66	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
			ВЕЙТ  Роберт Эмануэлович	59-86	333-15-46	150(всп.)
			ВОРОНИНА  Галина Семёновна	53-53 59-74	333-15-46	140(всп. ) 151(всп.)
			ГРИГОРЬЕВА  Вероника Дмитриевна	59-98	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
			ДЕНИСОВА Татьяна Николаевна	55-81 53-23	330-34-88 330-66-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	228(II) 216(II)
			ЖДАНКОВ  Василий Николаевич	53-79	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	240(всп.)
			ЖИРАКОВСКИЙВладимир Юрьевич	55-96		248а (всп.)
			ЗАЙКОВА  Марина Евгеньевна	59-86	333-15-46	150(всп.)
			КАРНАКОВ Игорь Владимирович	59-69	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
		КАСИМКИН  Павел Викторович		53-79	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	240(всп.)
		КИМСТАЧ  Денис Викторович		59-86	333-15-46	150(всп.)
		КОВАЛЁВА  Алла Николаевна		53-53	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	140(всп.)
		КОСТОМАРОВ Анатолий Николаевич		54-79	330-34-88	146(всп)
		КОЛЕСНИКОВ Алексей Юрьевич		55-29	333-15-46	148(всп)
		КУЗНЕЦОВ  Геннадий Николаевич		57-72	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	149(всп.)
		КУРОЕДОВ  Александр Васильевич		59-65	333-15-46	125(I)
		КУРУСЬ  Алексей Федорович		57-79 55-34		122(I) 123(I)
		ЛОЗОВОЙ  Сергей Алексеевич		55-18 59-65	333-15-46	125(I), 37(I)
		к.т.н. МАКАРОВ  Евгений Павлович		55-81 55-34	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	228(II) 123(I)
		МАТАХИН Алексей Васильевич		55-96	333-15-46	248а(всп.) 250(всп.)
	МОСКОВСКИХ Виталий Анатольевич			55-34 59-66		123(I) 241(всп.)
	НАСОНОВ  Сергей Георгиевич			55-18	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.)
	к.х.н. НОВОСЁЛОВ  Игорь Иванович			59-42 59-47	336-63-29 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	165(2Б) 147(2Б)
	к.х.н. НИКОЛАЕВ Руслан Евгеньевич			59-98	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
	ОСТРЕЦОВА  Елена Олеговна			59-86	333-15-46	150(всп.)
	ПОСТУПАЕВА  Анна Геннадьевна			57-85 55-38	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.) 141(всп.)
	ПРОТАСОВ  Эдуард Николаевич			54-78 59-86 55-29	333-15-46	142(всп. ) 150(всп.) 148(всп.)
	ПУСТЯКОВА  Галина Потаповна			55-14	333-15-46	138(всп.)
	РАМАЗАНОВА Татьяна Федоровна			59-98	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
	РЫЛОВА Анна Викторовна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	РЯБУХА Людмила Анатольевна				Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	САМЕЙЩЕВ  Сергей Николаевич				330-34-88	7(III) 6(III)
	СКОВОРОДКИНА  Марина Васильевна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	СТЕГНИЕНКО  Георгий Иванович			54-78 55-29	333-15-46	142(всп.) 148(всп.)
	СУСЛОВА  Мария Степановна			55-62	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	118(I)
	ТИМОШИНА  Катерина Эрнестовна			59-86	333-15-46	150(всп. )
	ТИТОВ Виктор Петрович				Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ТЕЛЕШЕВ Алексей Владимирович			59-86	333-15-46	150(всп.)
	ТКАЧЁВ  Сергей Викторович			57-80 57-79	330-34-88	1М 122(I)
	ТЮРИКОВА  Татьяна Владимировна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	ФЕДОТОВА  Яна Сергеевна			57-85	330-57-27 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ЦЫГАНОВА  Юлия Владимировна			59-63	330-72-30 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ЧУБАРЕВ  Александр Павлович			59-66	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ШУЛЕНКОВА  Татьяна Юрьевна			59-86	333-15-46	150(всп.)

Наборы для выращивания кристаллов оптом

Наборы для выращивания кристаллов

Линейка наборов для выращивания кристаллов представлена в России эксклюзивно нашей компанией.  

Наборы для выращивания кристаллов – это увлекательный научный эксперимент и интересное занятие для всей семьи. Все, что нужно для проведения опыта в домашних условиях, уже есть в наборе, вам остается только смешать по инструкции все ингредиенты и наблюдать за тем, как растет ваш уникальный кристалл.

Готовый фигурный кристалл можно подарить близким, а можно повесить на елку – в каждой заготовке есть отверстие для нитки. 

В линейке четыре серии: «Волшебный кристалл» — это кристаллы с пожеланиями, «Удивительный кристалл» — научные наборы, «Магический кристалл» — кристаллы разных стихий, «Фигурные кристаллы» – наборы для создания фигурных кристаллов.

Всего найдено: 16

Компания Бумбарам предстваляет собственную линейку научных наборов для выращивания кристаллов.  

Мы  продаем такие наборы уже много лет, и накопили опыт сотрудничества с самыми разными фабриками. Наборы под маркой «Волшебный кристалл» проверены и нашей компанией, и нашими клиентами, и получили высокую оценку качества.

Кристаллы вырастают за 1-2 недели, процесс их выращивания совсем не сложный, а результат всегда красивый. Поэтому мы с уверенностью рекомендуем нашим покупателям эти наборы, которые стабильно показывают хорошие продажи на протяжении нескольких лет. 

Даем подробные консультации по всем продуктам, предлагаем систему скидок, организовываем оперативную доставку по Москве и регионам России. Свяжитесь с нами по телефону или оформите заказ на сайте, будем рады сотрудничеству!

С нами работают:

Математики рассчитали, как вырастить кристаллы с заданными свойствами

Это крайне полезно в решении прикладных задач: в биологии, промышленности, материаловедении. К примеру, для выращивания синтетических драгоценных камней или преобразователей света для установки управляемого термоядерного синтеза; для формирования требуемых свойств высокопрочных сталей. Кроме того, модель можно использовать в биомедицинских приложениях: например, при синтезе инсулина, гемоглобина или белков.

Исследование поддержал Российский научный фонд («Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений​»; 18-19-00008). Одни из последних результатов представлены в Physics Letters A.

«Формулы новые, они обобщают произвольные законы роста, произвольные частоты нуклеации, произвольное начальное распределение кристаллов в системе, — перечисляет руководитель гранта и лаборатории Дмитрий Александров. — Мы описали динамический процесс выращивания кристаллов в пересыщенных растворах. Нашли одну из главных характеристик процесса — функцию распределения частиц по размерам в зависимости от момента времени, что позволяет определить, сколько кристаллов конкретного размера существует в системе в каждый момент времени».

Рост кристаллов математики рассчитали для промежуточной стадии. Всего стадии три. Начальная — когда образуется большое количество жизнеспособных ядер небольших размеров, расположенных далеко друг от друга. Вторая — промежуточная стадия — это быстрый рост уже существующих частиц и зарождение новых; по сути, процесс роста кристалла. Заключительная стадия наступает, когда ядра достигают макроскопических размеров, и процесс зарождения новых частиц останавливается; иными словами, кристаллы практически не растут.

«В кристаллизаторах — установках по выращиванию кристаллов — как правило, процесс протекает на промежуточной стадии. Берут раствор, добавляют туда примесь, кристаллики растут, забирая на себя пересыщение. Их отводят и затем снова добавляют примесь и так далее. Примерно так же растут кристаллы в пещерах, — рассказывает Дмитрий Александров. — При выращивании кристаллов в лабораторных условиях важно, чтобы гранулы кристалла формировались определенного размера и с заданными свойствами. Рассчитать это можно с помощью нашей модели».

В планах математиков — обобщить теорию нуклеации и роста кристаллов в бинарных расплавах, когда усложняется математическая модель процесса (дополнительно учитывается массоперенос растворенного в расплаве примесного компонента). Кроме того, планируется сформулировать более сложную постановку задачи и разработать методы ее решения.

В группу исследователей входят сотрудники лаборатории многомасштабного математического моделирования и кафедры теоретической и математической физики ИЕНиМ УрФУ.

Многие выращенные кристаллы находят важное применение в военной области — Михаил КОВАЛЬЧУК

Научное или хотя бы школьное определение кристалла вспомнит не каждый. Но все знают: что-то твёрдое, упорядоченное. И потому когда в списке важнейших научных направлений Института кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН /ИК РАН/ встречаешь слова: «Создание, изучение структуры и свойств органических и биоорганических материалов» – удивляешься. Что может быть общего у кристаллографии и биологии? Об этом  и многом другом в день 70-летнего юбилея ИК РАН в эксклюзивном интервью ИТАР-ТАСС рассказал председатель  Учёного совета ИК РАН, директор Курчатовского института, член-корреспондента Российской академии наук Михаил Ковальчук.

— Так что же такое кристалллография и чем она занимается?

— Простой ответ: кристаллография – наука о кристаллах.

Но это именно простой ответ, потому что кристаллография – не только наука о кристаллах. В некоем смысле она наука наук. Это – методология науки XXI века. Мы живём в мире, в котором царит узкоспециальное знание. Это понятно: у нас отраслевая экономика, и ей соответствуют узкоотраслевые наука и образование. Так сложилось исторически.

Наука в современном понимании этого слова родилась во времена Ньютона. Тогда она называлась натурфилософией. С углублением знаний о природе стала развиваться научная специализация: сперва на естественные – «натур» – и гуманитарные – «философия» – дисциплины, затем, по мере развития наших представлений о мире, совершенствования инструментальных методов — на более специальные направления. Ну и далее пошло все большее ветвление, и образовались тысячи научных дисциплин. Это видно даже по образовательной системе: когда я поступал в университет, там было 10 – 12 факультетов, а сейчас их – сорок!

И вот, с одной стороны, на базе этого специализированного знания мы построили колоссальную цивилизацию, плодами которой ныне пользуемся. Но с другой – мы зашли в некий глобальный тупик, когда специализация стала настолько узкой, что учёные, работающие за соседними столами, подчас не понимают работы друг друга.

— Кто-то остроумно заметил: «Мы знаем всё больше и больше о всё меньшем и меньшем – покуда, наконец, мы не будем знать всё ни о чём»…

— Уже не так. Потому что сейчас, когда так узко «нарезали» специализации, искусственно создали множество узких конкретных областей знания, вся логика развития науки подвела нас уже к некоему принципиально новому процессу – складывания, восстановления единой картины мира. Но уже на базе того самого специализированного, то есть глубинного знания. Мы прежде шли вглубь по пути специализации, — сегодня уже можем интегрировать единую картину мира на основе конвергенции, слияния разных областей науки.

Но при чём тут кристаллография, спросите? А при том, что она начиналась в качестве одной из дисциплин геологии. Понятно: геология занималась минералами, они были, в основном, кристаллическими, появилась нужда в соответствующем аппарате для описания и изучения свойств кристаллов. Однако потом, когда разобрались в основных, доступных, так сказать, глазу свойствах, ученым захотелось понять, из чего состоят кристаллы. И так кристаллография стала частью химии. А переворот в этой области наступил, когда в 1912 году была открыта дифракция рентгеновских лучей. Благодаря этому стала видна трёхмерная периодическая структура кристаллов. Для нас открылся «внутренний мир» окружающих нас веществ.

И тогда кристаллография стала существенной частью уже и физики. Возникла очень значимая область этой науки, которая называется рентгеновская кристаллография. Хочу отдельно обратить ваше внимание на то, что осознанное материаловедение, создание искусственных материалов, которое сегодня является основой нашей цивилизации, возникло именно благодаря рентгеновской кристаллографии.

А ещё спустя время, несколько десятилетий назад, кристаллография стала существенной частью… биологии. Точнее, она практически превратила молекулярную биологию в ту серьёзную науку, каковой она сегодня является. Мы стали изучать структуру биокристаллов, научились превращать биологические объекты в кристаллы – и так возникла новая область, названная белковой кристаллографией.

— Это не очень понятно: где кристаллы и где белки? Непосвящённых удивляет, что среди научных направлений Института кристаллографии значатся изучение нано- и биоорганических материалов. Ну, нано – это понятно, но био? Биокристаллы – разве они существуют?

— К этому мы ещё вернёмся, а сейчас я хотел бы подытожить вышесказанное: современная кристаллография является одновременно частью биологии, химии, физики, материаловедения, геологии. В этом смысле она исходно — междисциплинарна. Наш институт, таким образом -универсальное научное заведение, где работают физики, химики, биологи и другие специалисты. Потому я и говорю, что кристаллография – это методология конвергентной, синтетической науки XXI века.

— А ваш институт – инкубатор, где она вырастает?

— Вы правильно задаёте вопрос. На самом деле, это именно так.

Вообще, отталкиваясь от этой темы, хочу отметить, как сильно изменилась кристаллография. Вот мы сначала изучали минералы, их структуру и свойства. Потом начали моделировать в лабораториях условия, в которых образуются эти кристаллы в природе. Таким образом, стали создавать технологии выращивания кристаллов. И таких технологий у нас сегодня много, в том числе совершенно уникальных. Например, есть кристаллы, которые не видят солнечного света. Зато видят, скажем, коронный разряд вдоль линий электропередач, когда начинается какая-то аварийная ситуация. Глазом мы ещё ничего не видим, а в ультрафиолетовом свете там уже бушует пожар. Помните, была авария на подстанции в Чагино несколько лет назад? Так вот, за месяц до того над подстанцией летали вертолёты с нашими кристаллами, которые проходили проверку. И видели, что там уже бушует ультрафиолетовый пожар. Многие выращенные кристаллы находят важное применение в военной области. Например, можно увидеть за много километров запуск некоего объекта. А сколько применений находит себе искусственный кварц! Именно в нашем институте была разработана технология выращивания больших кристаллов пьезоэлектрического кварца. Эти работы были удостоены Ленинской премии. И сегодня, после того как у нас было построено несколько заводов, мы являемся крупнейшими в мире производителями пьезокварца – треть мирового объёма!

А затем мы перешли к диэлектрическим и лазерным кристаллам, к созданию технологий выращивания тугоплавких кристаллов. Например, сапфира, рубина, гранатов, которые находят огромное применение и в науке, и в производстве, и в быту.

Вот так и была создана уникальная индустрия.

— Да, но как же тогда объяснить этот вечный кризис с недостаточным качеством отечественной элементной базы? Тоже кристаллы, но никак не удавалось добиться их нужной чистоты. Вот и недавно президент страны привлёк к этому внимание…

— Это несколько разные вещи. Элементная база включает в себя не только те кристаллы, о которых я говорю. Речь идет о полупроводниковых кристаллах, составляющих основу твердотельной электроники. Там сложнейшее производство, состоящее из многих этапов. При том, что основа у нас очень хорошо развита, но в самом производстве действительно существовали проблемы. Однако это другая история. А, например, ещё в начале 1970-х годов наш Институт кристаллографии продал в Японию за миллион долларов – немыслимые тогда были деньги! – лицензию на производство кристаллов сапфира. Японцы купили нашу лицензию, установки, нашу методологию! И это была одна из лучших методик в мире.

Есть примеры и сегодняшнего дня. Вот знаменитый ЦЕРН. На глубине ста метров лежит 27-километровый ускоритель, в котором до огромных, околосветовых скоростей ускоряются пучки протонов и тяжёлых ионов, которые затем сталкиваются с выделением громадного количества энергии. И главное в этом кольце-ускорителе – четыре так называемых «промежутка встреч», где стоят детекторы, которые должны увидеть осколки – результаты этих столкновений. Из четырёх детекторов – два, высотой с десятиэтажный дом, состоят из сотен тысяч элементов, изготовленных из кристаллов вольфрамата свинца. Их свойства уникальны. Достаточно назвать хотя бы способность работать долгое время под огромной радиационной нагрузкой. Так вот, ни одна страна, кроме России, не смогла синтезировать такой кристалл и за короткое время произвести сотни тонн этих кристаллов, которые использовались для многих экспериментов и, в частности,  при открытии бозона Хиггса! Кстати, ЦЕРН давал такое же задание и другим странам, но у тех не получилось. Их кристаллы не годились по целому ряду параметров.

— Какими достижениями институт может похвастаться сегодня?

— Если брать нынешний этап развития, то он характеризуется, прежде всего, переходом на кристаллы белков и вообще – к биоорганическим объектам и нанотехнологиям, а также к созданию диагностики адекватного уровня , в том числе благодаря синхротронному излучению и нейтронам.

Ныне это, говоря торжественно, — передовая линия науки. Нанобиотехнологии сегодня – это, без малейших преувеличений, одно из важнейших условий дальнейшего развития цивилизации. Достаточно напомнить, что вся электроника строится на технологиях, использующих тонкие слои, приближающиеся буквально к атомарной толщине. То есть это уже не кристалл – а его поверхность.

И вот наш институт , наряду с изучением биоорганических объектов, стал заниматься развитием методов изучения соответствующих структур и биоорганических объектов.

— При этом слове сразу же возникают образы биороботов, андроидов, совершенных биомашин… Что это такое на самом деле?

— Отвечу просто: каждый белок – биомашина! Каждый белок – биоробот. Белок является измерителем и генератором.

Очень упрощённо поясню. Например, белок измеряет какой-нибудь параметр – скажем, избыточную концентрацию перекиси водорода. Если все в норме – он «спокоен». Если выше нормы – он расщепляет ее на воду и атомарный кислород. Если ниже – он из воды и кислорода синтезирует вещество до необходимого уровня. Автоматическое устройство, не так ли? И так работает любой белок, и в этом смысле мы, расшифровывая структуру белка, изучаем работу настоящего функционального центра! Можно сказать, что мы изучаем деятельность природного биоробота.

Но когда вы берёте белок для проведения анализа его структуры, то также можете его превратить в кристалл.

 — Как? Заморозить?

— Нет, можно его вырастить. Например, как обычный кремний, из которого выращивают монокристалл, а потом делают интегральную схему. Так и с белком: вы можете его при определённых условиях превратить в кристалл. Это, конечно, непросто. Например, в кремнии всего восемь атомов в ячейке, почти в любом проводнике. А в белке – десятки, сотни тысяч атомов.. Таким образом, биокристалл, конечно, намного сложнее.

— Для чего нужны биокристаллы? Зачем их делать?

— Потому что очень важно определить, как они устроены, их структуру. Это можно сделать в процессе дифракции рентгеновского излучения на кристалле белка. Вам надо превратить белок в кристалл, просветить его рентгеновскими лучами и получить на выходе картинку, как они рассеиваются на кристаллической решётке. Расшифровка полученной таким образом дифракционной картины даёт нам трёхмерную кристаллическую структуру белка и структуру его функционального центра. Это, в свою очередь, важно, в частности, для такой ключевой области как производство лекарств. И вот почему.

Из всего многообразия лекарств можно выделить, грубо, два типа. Первый тип предназначается для того, чтобы компенсировать недостаток выработки каким-либо органом необходимого организму вещества — например, секрета поджелудочной железы. По сути, вы делаете «заменитель» этого секрета. Второй тип – противоположный: он призван компенсировать излишек, например, адреналина. Полезное вещество, которое помогает быстрее реагировать в случае опасности, но при его избытке повышается давление, появляется гипертония.  

Соответственно, перед вами стоят две задачи. Первая: узнать, как устроено вещество, которого мало, а затем синтезировать его аналог-заместитель. Вторая – опять же узнать, как устроен орган, продуцирующий вещество, структуру самого вещества, и выбрать блокатор – «ингибитор».

А для этого нужно изучить атомную структуру этого белка. Сначала выделить его, затем превратить в кристалл, потом отправить на просвечивание источником синхротронного излучения – «как на рентген», — собрать дифракционные данные, расшифровать их на компьютере и восстановить его атомную структуру. Вот, например, перед нами структура леггемоглобина – посмотрите, какая она сложная! А затем вы смотрите, как работает тот или иной атом – железа, например. И делаете соответствующие модели, которые затем используются, в частности, для создания лекарственных средств.

Так что это очень важный элемент кристаллографии — кристаллизация биоорганических или биологических объектов.

— Следующий этап – конструирование?

— Это, скорее, уже задача Курчатовского института. Там в этих целях создан уникальный центр конвергентных нано-, био-, информационных и когнитивных НБИК технологий. А Институт кристаллографии занимается материалом, мы – материаловедческий институт. Первоначально мы занимались геологическим материалом, потом искусственным, лазерным, полупроводниковым, параллельно и ювелирные были кристаллы – такие, как рубин, изумруды, а теперь перешли к органическим кристаллам, биологическим. То есть мы прежде разбирались с кристаллографией на регулярных кристаллах. Это было очень сложно, но мы разобрались. А теперь перешли к значительно более сложным – разупорядоченным и слабоупорядоченным кристаллам. Белковый кристалл уже не так чётко структурирован, как неорганические, он намного сложнее. И мы сегодня перешли к значительно более сложным объектам, чем привычные нам кристаллы. Последние и сегодня остаются важным элементом техники, но с точки зрения физики они более простые объекты, чем различные разупорядоченные биоорганические системы.

Вот смотрите. Самолёты. Раньше они делались из сплавов – алюминий, титан и прочее… А сегодня самолёт делается из композита – а это же  углеродная ткань!

— Слыхал выражение: «Из глины делаем…»

— Да, по сути! Все эти материалы полностью обладают свойствами, присущими моно- или поликристаллическим веществам. Но для того, чтобы они стали таким, надо прежде изучить их структуру, состояние – разупорядоченное, аморфное.

И тут принципиально важная вещь: сегодня Институт кристаллографии обладает большим количеством уникальных методов, использует синхротронное и нейтронное излучение, электронную микроскопию, то есть методики, которые позволяют видеть уже отдельные атомы. Это уникальные методы метрологии в области нано-, биоматериалов.

И вот если говорить объективно о нынешнем положении Института кристаллографии, мы сегодня имеем совершенно новый институт! Устремлённый в будущее, с уникальными возможностями, прекрасными научными школами и громадным научным потенциалом.

— Кстати, о будущем. Что, если помечтать – во что могут вырасти нынешние разработки в каком-то обозримом будущем?

— Во-первых, это глубинное понимание структуры биологических объектов, как функционируют активные центры биомолекул. А это значит – ключ к пониманию сложных, тяжёлых болезней.

Второе –синтез новых лекарств на основе этого понимания, причём лекарств, которые действуют на уровне работы функционального центра каждого белка. То есть совсем новый класс лекарств с учётом достижений в области генетики, персональной медицины. Это важнейшее дело!

Третье, чем мы занимаемся сейчас, — это целевая доставка лекарств. Это так называемое нанокапсулирование , когда создаются специальные капсулы, в которые заключается лекарственный препарат и которые затем доставляют его в «больной» орган. И это — ключевое изменение медицины!

Ведь сегодня любой приём лекарств – это «ковровая бомбардировка». Если утрировать — у вас нарыв на пальце, а вы принимаете лекарство внутрь, отравляя весь организм. Последствия приема некоторых препаратов, в особенности это касается химиотерпии, иногда имеют крайне тяжелые побочные эффекты.  А если можно доставить препарат непосредственно в орган, буквально в клетку, в которой развивается болезнь, — вот это уже…

— …революция в медицине.

— Абсолютно верно. И без кристаллографии она не свершится. И у нас есть подразделение, которое именно нанокапсулированием и занимается.

Это одна часть. Вторая часть связана с созданием принципиально новых технических приборов.  Сегодня кристаллография сама себя дополняет, переводит на новый уровень, а с ней – и будущие технологии, без всякого преувеличения готовые перевернуть нынешнюю цивилизационную парадигму.

О чём идёт речь?

Венец творения – это человек. Мы изучаем  его  и по возможности воспроизводим какие-то функции в технических устройствах. Простые примеры: аудио – моделируем ухо, видео – воспроизводим возможности глаза и так далее.

Но что такое – глаз? Это биологический детектор: приёмник, который видит свет, передатчик сигнала в мозг, а тот уже выступает в роли, упрощённо говоря, интегральной схемы, которая преобразует сигнал в понятное изображение.

Можем ли мы его воспроизвести с помощью биотехнологий? Не сразу, но можем! Для этого опять-таки надо разобраться в том, как устроен живой объект. И сегодня мы благодаря синхротронному излучению, нейтронам, ядерно-магнитному резонансу, суперкомпьютеру детально понимаем устройство биологических субстанций. То есть, таким образом, получаем возможность двигаться в сторону бионики.

Сегодня именно благодаря кристаллографии мы можем соединить органику с неорганикой, то есть создать гибридный материал. А это уже – переход к иному технологическому укладу – бионического типа. Вы представляете последствия этого? Я, честно говоря, с трудом. Потому что глаза разбегаются!

Вот итог работы института за 70 лет. Были выдающиеся мечты, они воплотились в выдающиеся результаты. Сегодня у нас мечты не менее выдающиеся. Уверен, что и за соответствующими результатами дело не станет!

Беседовал Александр Цыганов

/ИТАР-ТАСС/

(PDF) ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ

Овруцкий А. М., Подолинский В. В. Изучение роста кристаллов нафталина и пара-

дибромбензола в тонких слоях расплавов. — В кн.: Рост кристаллов. Ереван, Изд-во

Ереванск. ун-та, 1975, т. 11, с. 293—298.

Овсиенко Д. Е. Зарождение центров кристаллизации в переохлажденных жидких

металлах. — В кн.: Современные проблемы кристаллографии. М., Наука, 1975,

с.’127—149.

Петров Т. Г. Влияние среды на рост азотнокислого калия из водных растворов.—

Кристаллография, 1964, т. 9, вып. 4, с. 541—545.

Петров Т. Г. Теория информации и проблемы кристаллогенезиса. — В кн.: Про-

цессы роста кристаллов и пленок полупроводников. Новосибирск, 1970, с. 61—72.

Портнов В. Н., Белюстин А. В. Влияние примесей на скорость роста граней

алюмокалиевых квасцов из раствора. — Кристаллография, 1965, т. 10, вып. 3, с. 362—

367. Пунин Ю. О., Ульянова Т. П., Петров Т. Г. Образование макроблочности в кри-

сталлах КС1 при малых пересыщениях. — В кн.: Кристаллография и кри-

сталлохимия. Л., Изд-во ЛГУ, 1973, вып. 2, с. 97—100.

Трейвус Е. Б., Петров Т. Г. Проектирование кристаллических структур с по-

мощью преобразования координат. — Зап. Всесоюз. минерал, о-ва, 1964, ч. 93, сер. 2,

вып. 2, с. 197—203.

Франк Ф. К. Дискуссия. — В кн.: Новые исследования по кристаллографии и

кристаллохимии. М., ИЛ, 1950, сб. 1, с. 140.

Хаджи В. Е. Образование дислокаций в процессе роста кристаллов кварца.—

Минерал, сб. Львовск. геол. о-ва, 1966, № 20, вып. 3, с. 418—423.

Хокарт Р., Матье-Сико А. Ориентированные наросты и стабилизация куби-

ческой (I), тетрагональной (II) и ромбической (III) модификаций нитрата аммония

при обычных температурах. — В кн.: Новые исследования по кристаллографии и

кристаллохимии. М., ИЛ, 1950, сб. 2, с. 28—32.

Чернов А. А., Кузнецов В. А. Кинетика гидротермальной кристаллизации кварца в

различных растворах и гипотеза адсорбционной пленки. — Кристаллография, 1969, т.

14, вып. 5, с. 879—883.

Шабалин К.. В., Инюшкин Г. В. Влияние вращения монокристаллов на скорость

их роста и образование «паразитных» кристалликов. — В кн.: Рост кристаллов. М.,

Наука, 1965, т. 6, с. 385—387.

ЭПР, структура растворов электролитов и электрохимическое генерирование

свободных радикалов / П. А. Загорец, В. И. Ермаков, А. Г.. Атанасянц, В. В. Орлов.

— В кн.: Растворы, расплавы. М., ВИНИТИ, 1975, т. 1, с. 5—63.

Gulzow И. J. Wechselwirkungen zwischen Kristallmorphologie und perma-nenten Sto-

rungen wahrend des Wachstums von Kristallen. — Kristall und Tech-nik, 1966, Bd. 3, H. 1,

S. 411—422.

Peibst H., Noack J. Ober die Wachstumsgeschwindigkeit und Keimbildungs-

hauftigkeit von KG aus der Losung bei hohen Oberschreitungen. — Z. Phys. chem., Leip-

zig, 1962, Bd. 221, N 1/2, S. 115—120.

Stenike V. Losungs- und Wachstumsbehinderung in System KC1 —h30 durch Blocki-

erung mit einer Deckschicht komplexer Cianide. — Z. fur anorg. und allge-meine Chemie,

1962, Bd. 317, H. 3-4, S. 186—203.

К ГЛАВЕ 2

Микроскопический метод изучения фазовых равновесий и кристаллизации / Т. Г.

Петров, Ю. О. Пунин, Е. Б. Трейвус и др. — В кн.: Массовая кристаллизация. М.,

ИРЕА, 1975, вып. 1, с. 9—17.

Review: Crystallisation. — Ind. Eng. Chem., v. 38, N 1, p. 18—19; Warren L., McCa-

be, 1946, v. 40, N 1, p. 11—13; Grove C. S., Gray J. В., 1948, v. 41, p. 22—25; Grove C.

S., Gray J. В., 1949, v. 42, p. 28—31; Grove C. S., Gray J. В., 1950, v. 43, p. 58—62;

Grove C. S., Gray J. В., 1951, v. 44, p. 41—45; Grove C. S., Gray /. В., 1952, v. 45, p. 34—

38; Grove C. S., Gray J. В., 1953, v. 46, p. 75; Grove C. S, Schoen H. M., Palermo I. A.,

1954, v. 47, N 3, pt. II, p. 520—523; Palermo I. A., Grove C. S., Schoen H. M., 1955, v. 48,

N 3, pt. II, p. 486—491; Palermo I. A., Grove C. S., Schoen H. M., 1956, v. 49, p. 470—

475; Palermo 1. A.t Grove C. S., Schoen H. M., 1957, v. 50, p. 430—434; Schoen H. M.,

Grove C. S.t

192

Новости

Проект ОКР, выполненный в рамках Федеральной целевой программы:

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 – 2013 годы»

1. Тема

Разработка комплекса технологий выращивания кристаллов для изготовления оптических элементов, создание гиперспектральных приборов диапазона 0,2-1,0 мкм на их основе

Приоритетное направление: Индустрия наносистем и материалы

Критическая технология: 1 Базовые и критические военные, специальные и промышленные технологии, 7 Нанотехнологии и наноматериалы, 21 Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф, 23 Технологии создания интеллектуальных систем навигации и управления, 24 Технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов.

Период выполнения: 12.07.2011 – 05.05.2013

2. Исполнитель: ЗАО «СКБ «ЗЕНИТ»

Соисполнители: Закрытое акционерное общество «Научно-производственный центр  «Реагент»»,  Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН,  Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Закрытое акционерное общество фирма «Сигма-Оптик ЛТД», Общество с ограниченной ответственностью «Экохимия-Экотоксиметрия»

Ключевые слова: кристаллы сульфата меди, фторида,  фторида европия , установка для выращивания  кристаллов, гиперспектральные модули, акустооптический спектрометр изображения, ультрафиолетовое излучение, корреляционно-оптические анализаторы загрязняющих примесей (бензола и хлора) в атмосфере и воде.

3. Цель выполнения ОКР

Создание элементной базы для нового поколения гиперспектрометров диапазона длин волн 0,2 — 1,0 мкм. Разработка высокоэффективных гиперспектральных приборов для решения широкого круга задач, в том числе для сельского хозяйства, экологии, мониторинга промышленной инфраструктуры, геологии, медицины. Выпуск опытных партий и технологической документации для организации производства кристаллов и приборов на их основе.

и воздушных судов от террористических атак; интегрированные системы безопасности воздушных судов от столкновений; геологоразведка; космические технологии; новые высокотехнологичные направления в области создания медицинских приборов, системы управления движением транспорта; системы безопасности бытового назначения; промышленный и экологический мониторинг.

В работе создаются технологии мелкосерийного производства, исследовательские стенды и в рамках внебюджетного финансирования изготавливается технологическое оборудование для производства разрабатываемой продукции.

4. Назначение продукции

4. 1 Разрабатываемые кристаллы парателлурита предназначены для акустооптических устройств различного назначения.

4.2 Разрабатываемая установка для выращивания кристаллов методом Чохральского с резистивным нагревом предназначена для выращивания широкого круга кристаллических материалов (включая парателлурит), с высокой степенью автоматизации и управления технологическими процессами, обеспечивающая улучшенное качество кристаллов за счет точного контроля распределения температуры по фронту кристаллизации.

4.3 Разрабатываемые корреляционно-оптические анализаторы загрязняющих примесей (хлора, бензола) в атмосфере и воде предназначены для экологического мониторинга и контроля технологических процессов промышленных производств.

4.4 Разрабатываемые широкополосные оптические фильтры на основе кристаллов сульфата меди предназначены для использования в гиперспектральной аппаратуре.

4.5 Разрабатываемые кристаллы сульфата меди используются для выделения полосы излучения в поддиапазоне 0,3 — 0,5 мкм.

4.6 Разрабатываемый кристалл фторида SrF₂:Ce (далее SRF) предназначен для использования в качестве краевого фильтра на 0,3 мкм.

4.7 Разрабатываемый монокристалл фторида европия EuF₂ (далее EUF) предназначен для использования одновременно в качестве полосового фильтра поддиапазона 0,5 — 1 мкм и краевого фильтра на 0,5 мкм.

4.8 Люминесцирующий кристалл состава Ba_1-xCe_xF_2+x(x = 0,0005 — 0,0012) со структурой флюорита предназначен для создания излучателя в интервале длин волн 300 – 330 нм и для изготовления люминесцирующей керамики на его основе.

4.9 Разрабатываемая люминесцирующая керамика Ba_1-xCe_xF_2+x предназначена для использования в программируемых источниках изучения.

4.10 Разрабатываемая установка для выращивания  кристаллов методом Бриджмена-Стокбаргера с резистивным нагревом предназначена для выращивания широкого круга фторидных кристаллических материалов  диаметром до 60 мм, с высокой степенью автоматизации и управления технологическими процессов.

4.11 Разрабатываемый стенд для термической обработки (отжига) фторидных кристаллов  во фторирующей атмосфере  с резистивным нагревом предназначен для послеростовой термической обработки (снижение уровня термических напряжений, оптической однородности, повышения выхода годных кристаллов) и дофторирирования широкого круга фторидных кристаллов диаметром до 60 мм, с высоким уровнем автоматизации и управления.

4.12 Разрабатываемые нано- и микрокристаллические объекты (материалы) на основе оксида цинка предназначены для разработки нового поколения сверхминиатюрных светоизлучающих устройств в области ближнего ультрафиолета (387 — 405 нм).

4.13 Разрабатываемый набор гиперспектральных модулей для основных коротковолновых диапазонов (от 0,2 мкм до 1 мкм) на основе использования разрабатываемых кристаллов фторидов и сульфата меди предназначен для использования в составе гиперспектрометров различного назначения.

4. 14 Разрабатываемые в составе гиперспектральных модулей программируемые наносекундные источники ультрафиолетового (УФ) излучения на основе материалов оптики диапазона 0,2 — 1,0 мкм предназначены для калибровки гиперспектральной аппаратуры и возбуждения флуоресценции в изучаемых объектах.

4.15 Разрабатываемые акустооптические спектрометры изображения на основе кристалла парателлурита предназначены для дистанционной диагностики поверхности.

растущих кристаллов | Центр наномасштабных исследований

Выращивание кристаллов Задайте себе вопрос…

Вы когда-нибудь задумывались, как выглядят атомы в материалах вокруг вас? Все они выстроены в аккуратные ряды или складываются вместе в классный узор? Как мы можем узнать, нет ли у нас сверхмощного микроскопа?

Один из способов узнать, как устроены атомы, — это выращивать кристаллы вместе с материалом. Для выращивания кристаллов можно использовать многие повседневные материалы, такие как сахар и соль. Кристаллы — это просто структура, в которой все атомы идеально расположены в атомном масштабе. В масштабе, который мы видим, это превращается в очень плавные линии и уникальные формы. Например, если атомы образуют куб с прямыми столбцами и рядами (как каменная соль), полученный кристалл будет кубом с гладкими сторонами.

В этом упражнении вы вырастите несколько разных типов кристаллов из повседневных материалов. Затем вы понаблюдаете за формой кристаллов и используете их, чтобы представить себе, как могут быть расположены атомы.Это занятие может занять до пары недель и идеально подойдет для проекта научной ярмарки!

Материалы

• Вода дистиллированная
• Мелкие тарелки или блюдца
• Кастрюля для кипятка
• Ложка для перемешивания
• 2 прозрачных стакана для питья
• Пищевой краситель (по желанию)

Материалы для кристаллов (все это не нужно)

• Соль Эпсома
• Соль поваренная (неионизированная)
• Квасцы (находятся в разделе специй)
• Сода стиральная *
• Borax

* Стиральная сода находится в прачечной некоторых продуктовых магазинов. В национальных сетевых магазинах его обычно нет, но во многих местных магазинах он есть. Вы можете позвонить по телефону 1-800-524-1328 и узнать, в каких магазинах вашего района можно найти стиральную соду.

Безопасность

Будьте осторожны при кипячении воды. Практическое занятие Во-первых, вам нужно немного узнать об условиях выращивания кристаллов и почему они растут. Это позволит вам вносить свои собственные изменения в процесс, чтобы получить лучшие кристаллы. Производство кристаллов начинается с насыщенного раствора .Это просто раствор, который больше не может удерживать материал. Например, если вы делаете насыщенный раствор соленой воды, вы должны добавлять соль в воду до тех пор, пока она не перестанет растворяться. В конце концов соль начнет скапливаться на дне емкости, потому что вода больше не может удерживать соль.

Кристаллы растут, когда раствор становится перенасыщенным , что означает, что в воде растворено слишком много соли. Дополнительная соль (или другой материал) принимает форму кристаллов.Чтобы получить перенасыщенный раствор, вы можете либо охладить его, либо дать воде испариться.

Для начала сделайте несколько кристаллов английской соли. Их легко вырастить, и через пару часов вы начнете видеть кристаллы. Начните с одной чашки теплой дистиллированной воды (не кипящей). Добавьте ложкой соли Эпсома и помешивая, пока она не растворится. Продолжайте делать это до тех пор, пока не перестанет растворяться больше английской соли (вероятно, это будет около одной чашки). Оставьте смесь на пару минут, пока вся нерастворенная соль не окажется на дне емкости.Медленно слейте раствор в неглубокую миску, но прекратите выливание, прежде чем дойдете до нерастворенной соли. Поставить миску в холодильник на 3 часа. Вы должны увидеть, как некоторые кристаллы начинают расти. На что они похожи? Какой они формы и цвета? Вы только что сделали кристаллы методом охлаждения.

Затем приготовьте несколько кристаллов квасцов методом испарения. Опять же, запивая горячей дистиллированной водой. Начните с небольшого количества, подойдет от ¼ до ½ чашки. Начните добавлять квасцы ложкой и помешивая, пока они не растворятся.Следуйте тому же методу, что и выше, чтобы сделать перенасыщенный раствор и слить раствор, оставив нерастворенные кристаллы. Для выращивания кристаллов используйте маленькое блюдце или тарелку. Это обеспечит максимальную площадь поверхности для имеющегося у вас объема раствора, увеличивая скорость испарения. Дайте настояться (не в холодильнике) пару дней. Вы можете увидеть маленькие кристаллы примерно через час после охлаждения раствора, но если нет, не волнуйтесь! Вы увидите, как хрустальный сад начинает расти в течение дня.Осмотрите свои кристаллы. Какой они формы? Насколько велик твой самый большой? Самый маленький? Сколько времени понадобилось для образования первых кристаллов?

Используйте метод испарения, используемый для получения кристаллов квасцов с поваренной солью, сахаром, стиральной содой и бурой. Кристаллы, изображенные справа, представляют собой кристаллы поваренной соли. Иметь терпение! Некоторые материалы могут не образовывать кристаллы пару дней или даже неделю! Вы можете добавить в раствор пищевой краситель, если хотите разноцветных кристаллов. Используйте приведенную ниже таблицу (см. PDF), чтобы записать свои наблюдения.

Зная, что соль имеет кубическую атомную структуру (прямые строки и столбцы), и видя получающиеся кристаллы, которые она формирует, можете ли вы догадаться, каковы атомные структуры других веществ, глядя на кристаллы? Вырастив кристаллы и угадав, как могут выглядеть атомные структуры, зайдите в Интернет и поищите их! Насколько близко вы были?

Расширение деятельности

Попробуйте использовать один из больших кристаллов из ваших садов кристаллов в качестве затравочного кристалла, чтобы вырастить один большой кристалл! Для этого выберите в своем саду один из лучших кристаллов.Например, если вы используете поваренную соль, выберите большой кристалл идеально квадратной формы. Привяжите этот кристалл к концу нейлоновой веревки или лески. Сделайте насыщенный раствор, как описано выше, и налейте его в высокий стакан для питья или стеклянную банку. Другой конец веревки привяжите к карандашу и приложите карандаш к верхней части стакана так, чтобы затравочный кристалл висел в растворе. Подождите пару дней или недель. A

с раствор становится перенасыщенным, когда вода испаряется, дополнительные молекулы соли добавляются к существующему затравочному кристаллу, и он будет расти! Возможно, вам придется повторить этот процесс, если ваш кристалл перестанет расти, чтобы получить очень большие кристаллы!

Попробуйте поэкспериментировать с процессом для каждого материала.Что произойдет, если вы воспользуетесь более горячей или прохладной водой? Получатся ли кристаллы большего или меньшего размера, если поставить перед испарительной чашей вентилятор (ускорение испарения)? Какие еще переменные вы можете изменить? Запишите всю свою работу.

Сводка

Чтобы вырастить кристаллы, вы должны начать с насыщенного раствора. Когда раствор охлаждается или испаряется, он становится перенасыщенным, что приводит к образованию кристаллов. По мере того, как кристаллы образуются, атомы имеют определенное расположение, в которое они будут оседать.Глядя на более крупный кристалл, вы можете понять, как атомы расположены в атомном масштабе. Используя затравочный кристалл, вы можете выращивать довольно большие кристаллы по мере того, как раствор становится перенасыщенным.

Девять красивых кристаллов, которые можно вырастить дома

В кристалле атомы и молекулы расположены в последовательном повторяющемся узоре. Примеры природных кристаллов включают аметисты и алмазы. Кристаллы имеют 219 возможных симметрий, называемых кристаллографическими пространственными группами , и они сгруппированы в системы кристаллов 7 .

К ним относятся: Изометрические, где кристаллы образуют кубы или прямоугольные коробки, галит или соль, является примером, Тетрагональный, Орторомбический, Моноклинный, Триклинический, Тригональный и Гексагональный, где кристаллы образуют шестиугольники, например, обычный лед.

Вы можете выращивать кристаллы в домашних условиях, используя продукты, которые у вас уже есть на полке, такие как сахар, соль, квасцы, бура и английская соль. Выращивание кристаллов — отличное занятие для детей, а из самодельных кристаллов получаются отличные рождественские подарки, красивые украшения для елки и, в одном случае, вкусное сладкое лакомство.

СМОТРИ ТАКЖЕ: КРИСТАЛЛЫ МОГУТ ВЫРАСТИТЬ ДО 3 ФУТОВ В ДЕНЬ В ОХЛАЖДАЮЩЕЙ МАГМЕ, ГОВОРИТ ИССЛЕДОВАНИЕ

1. Кристаллы сахара

Также известные как леденцы, кристаллы сахара можно есть. На Amazon можно купить тростниковый сахар, а также натуральную нить. Чтобы приготовить их дома, вам понадобятся:

• 1 стакан воды
• 3 стакана сахара
• Стеклянная банка или мерный стакан
• Карандаш или нож для масла
• Ватная или шерстяная нить или пряжа

В кастрюле вскипятите воду, затем добавляйте сахар по одной чайной ложке за раз. Продолжайте добавлять сахар, пока он не перестанет растворяться в воде и не начнет накапливаться на дне кастрюли. Это означает, что ваш сахарный раствор насыщен .

Если вам нужны цветные кристаллы, добавьте несколько капель пищевого красителя, который вы можете купить на Amazon, где вы также можете найти термостойкие мерные чашки. Затем вылейте раствор в стеклянную банку, не выливая нерастворенный сахар.

Привяжите веревку к центру карандаша или ножа для масла, положите карандаш или нож на край банки и позвольте веревке болтаться в воде как можно ближе к дну, не касаясь ни дна, ни стенок банки. банка.

Накройте банку бумажным полотенцем и поместите в такое место, где она не будет нарушена. Рост кристаллов должен начаться в течение дня, и вы можете позволить кристаллам расти, пока они не станут такими большими, как вы хотите, или пока они не перестанут расти. Потяните за нитку, дайте кристаллам высохнуть и наслаждайтесь сладким угощением.

2. Кристаллы квасцов

Квасцы — это специя, которую чаще всего добавляют в травильную жидкость, чтобы соленья оставались хрустящими. Квасцы можно найти в отделе специй в местном супермаркете, а леску можно купить на Amazon.Чтобы вырастить кристаллы квасцов в домашних условиях, вам понадобятся:

• 1/2 стакана горячей воды из-под крана
• 2-1 / 2 столовые ложки квасцы
• Нейлоновая леска
• Карандаш или нож для масла
• Две стеклянные банки

Вы должны использовать нейлоновую леску, потому что кристаллы квасцов не прилипают к ней. Чтобы сделать кристаллы квасцов, налейте горячую воду из-под крана в одну из банок и добавляйте квасцы, пока они не перестанут растворяться. Оставьте банку в покое на ночь.

На следующий день слейте раствор квасцов из первой банки во вторую.Вы увидите, как начинают формироваться маленькие «затравочные» кристаллы квасцов. Обвяжите нейлоновую леску вокруг самого большого кристалла или кристалла лучшей формы, а другой конец обвяжите вокруг середины карандаша или ножа для масла. Позвольте леске болтаться в банке, убедившись, что затравочный кристалл полностью покрыт раствором.

Накройте банку бумажным полотенцем и оставьте ее в покое. Если проявить терпение, можно получить кристаллы квасцов поразительного размера.

3. Кристаллы буры

Бура — это порошок, который обычно добавляют вместе со средствами для стирки одежды, чтобы сделать одежду белее.Вы можете найти его в местном продуктовом магазине в проходе с моющими средствами или купить на Amazon. Вы также можете купить очистители труб на Amazon.

Для изготовления кристаллов буры вам понадобятся:

• Кипяток
• Боракс
• Очистители труб
• Резьба
• Нож для карандашей или масла
• Стеклянная банка

Чтобы вырастить кристаллы буры, поверните несколько очистителей труб. в компактную форму, например спираль. Привяжите нить к каждому очистителю труб, затем привяжите другой конец нитки к середине карандаша или ножа для масла.

Налейте кипяток в кувшин, затем добавьте 3 к 4 столовые ложки буры на каждые 1 стакан воды. Продолжайте помешивать, пока вода не станет прозрачной и на дне банки не появится небольшая кучка буры.

Уравновесите карандаш или нож для масла по краю банки и позвольте очистителям трубок свисать близко к дну емкости, не касаясь ни дна, ни стенок емкости.

Накройте банку бумажным полотенцем и положите в такое место, где ее никто не побеспокоит.На следующий день снимите очистители труб и дайте им высохнуть на бумажном полотенце. Хотя кристаллы буры прозрачны, они будут казаться окрашенными из-за цвета просвечивающего очистителя труб.

4. Кристаллы соли

Если вы посмотрите на крупинки поваренной соли под микроскопом, вы увидите, что каждый кристалл на самом деле представляет собой крошечный куб. Для выращивания соли (или кристаллов хлорида натрия ) вам понадобится:

• Поваренная соль (лучше всего не йодированная)
• Кипяток (лучше всего дистиллированная вода)
• Кастрюля
• Стеклянная банка
• Нить
• Карандаш или нож для масла

В кастрюле размешайте соль в кипящей воде до тех пор, пока она не перестанет растворяться и излишки не появятся на дне кастрюли. Перелейте раствор в стеклянную банку, следя за тем, чтобы внутрь не попала нерастворенная соль.

Повесьте веревку на карандаш или нож для масла и позвольте ей болтаться в растворе, не касаясь ни дна, ни стенок банки. Накройте банку бумажным полотенцем и поставьте в прохладное место, где ее никто не побеспокоит. В течение дня вы должны увидеть формирование красивых кристаллов соли.

5. Кристаллы английской соли

Вы можете купить английскую соль на Amazon, в местном продуктовом магазине или аптеке.Чтобы вырастить кристаллы английской соли, вам понадобится только термостойкая чашка, например стеклянная мерная чашка.

Добавьте 1/2 стакана соли Эпсома в 1/2 стакана очень горячей водопроводной воды и перемешивайте не менее одну минуту . Это создает насыщенный раствор, в котором больше не может растворяться английская соль. Добавьте пару капель пищевого красителя, если хотите, чтобы кристаллы были окрашены.

Поместите мерный стакан в холодильник, чтобы раствор быстро охладился. Через несколько часов вы должны увидеть красивые кристаллы.Слейте оставшийся раствор и дайте кристаллам высохнуть.

6. Кристаллы сульфата меди

Порошок сульфата меди можно купить на Amazon. Для изготовления кристаллов сульфата меди вам понадобятся:

• Сульфат меди
• Кастрюля
• Стеклянная банка
• Маленькая тарелка
• Нож для масла

Не прикасайтесь ни к кристаллам, ни к раствору, поскольку сульфат меди может окрашивать как кожу, так и ткани.Рекомендуется использовать резиновые перчатки.

Размешайте сульфат меди в кипящей воде до тех пор, пока он не перестанет растворяться. Вылейте небольшое количество раствора на небольшую тарелку, а остальное оставьте. Большая площадь поверхности пластины поможет раствору сульфата меди быстро испаряться, оставляя после себя небольшие затравочные кристаллы.

Выберите лучшие затравочные кристаллы и осторожно соскребите их с тарелки ножом для масла. Вылейте оставшийся раствор в банку и поместите в нее затравочные кристаллы, убедившись, что они не соприкасаются друг с другом.Поставьте банку в такое место, где ее никто не побеспокоит.

Как только вы будете удовлетворены размером кристаллов, вы можете соскрести их из банки с помощью ножа для масла. Готовые кристаллы сульфата меди необходимо хранить в герметичном контейнере, например, в полиэтиленовом пакете, потому что вода, содержащаяся в кристаллах, испарится, и кристалл станет зеленовато-серым.

7. Кристаллы серы

Вы можете купить порошок серы на Amazon.Для изготовления кристаллов серы используется процесс, отличный от того, что мы видели выше, который называется термоклеем . Поскольку сера может загореться, взрослым рекомендуется присмотреть за производством кристаллов серы. Все, что вам понадобится, это:

Растопите серу в кастрюле, стараясь не дать ей загореться. Как только он полностью растает, снимите сковороду с огня, и сера будет кристаллизоваться по мере охлаждения.

8. Кристаллы висмута

Кристаллы висмута Источник: MarcelC / iStock

Вы можете купить блоки висмута на Amazon.Это простые серые блоки, но когда их расплавляют, а затем дают остыть, висмут превращается в красивый ступенчатый кристалл с переливающимися цветами. Цвета создаются интерференцией света внутри оксидной пленки, которая образуется на поверхности кристаллов по мере их охлаждения.

Что вам понадобится для изготовления кристаллов висмута:

• висмут
• 2 кастрюли из нержавеющей стали
• вилка

После того, как вы воспользуетесь этими кастрюлями для нагрева висмута, вы никогда не должны использовать их снова в пищу. препарат, потому что висмут является тяжелым металлом и может быть токсичным.Также рекомендуется использовать резиновые перчатки для защиты от брызг.

Поместите висмут в одну из кастрюль и нагрейте его на сильном огне, пока висмут не расплавится. Сверху появится серая пленка, содержащая примеси, препятствующие образованию кристаллов. Вилкой сдвиньте кожицу к краю сковороды, одновременно выливая висмут во вторую предварительно разогретую кастрюлю.

Медленно охладите вторую кастрюлю, потому что чем медленнее охлаждение, тем больше будут кристаллы.Когда кристаллы начнут формироваться примерно через 30 секунд , слейте с них оставшийся жидкий висмут. После полного охлаждения вы можете вытащить кристаллы из металлического контейнера. Из кристаллов висмута можно делать красивые украшения.

9. Свинцовые кристаллы

Вы, наверное, слышали термин «свинцовый кристалл», который относится к стеклу, содержащему большое количество свинца. Он отличается от кристаллов, образованных из свинца.Свинцовые кристаллы также называют «Древом Сатурна», потому что Сатурн был алхимическим названием свинца.

Для выращивания кристаллов свинца вам понадобятся следующие предметы. Вы можете купить раствор ацетата свинца, цинковые полоски и латунные гайки на Amazon.

• Раствор ацетата свинца
• Цинковая полоса
• Латунная гайка

Для выращивания кристаллов свинца растворите 0,35 унции (10 граммов) ацетата свинца в 3,38 жидких унциях (100 мл) воды. Добавьте в раствор цинковую полоску и / или латунную гайку, потому что латунь содержит цинк.Черные кристаллы начнут образовываться в так называемой реакции однократного вытеснения , во время которой ацетат свинца реагирует с цинком с образованием ацетата цинка и кристаллов элементарного свинца.

Кристаллы образуют перевернутую древовидную структуру, отсюда и название «Древо Сатурна». При извлечении из раствора кристаллы свинца быстро окисляются, и на их поверхности образуется серый или белый налет оксида свинца.

Независимо от того, какие кристаллы вы делаете, выращивание кристаллов в домашних условиях запомнится вашим детям на всю жизнь.

Interesting Engineering является участником партнерской программы Amazon Services LLC и различных других партнерских программ, поэтому в этой статье могут быть партнерские ссылки на продукты. Нажимая ссылки и делая покупки на партнерских сайтах, вы не только получаете необходимые материалы, но и поддерживаете наш сайт.

Растущие качественные кристаллы — Химический факультет Массачусетского технологического института

Согласно старому правилу Garbage In = Garbage Out , кристаллическая структура настолько хороша, насколько хорош кристалл, используемый для сбора данных.Поэтому стоит потратить время на улучшение качества ваших кристаллов. Несмотря на то, что выращивание кристаллов — это больше искусство, чем наука, и удача является важным фактором, есть кое-что, что нужно делать, а кое-что — не делать. В следующих абзацах упоминаются некоторые из наиболее важных. Сначала немного теоретических основ о кристаллизации.

Насыщенность и перенасыщенность

Теоретически кристаллизация должна начинаться, когда концентрация соединения в растворителе выше, чем произведение растворимости этого соединения. Однако обычно кристаллизация кинетически затруднена, и кристаллы растут только из перенасыщенных растворов. Есть несколько способов достичь этого метастабильного состояния перенасыщения.

Самый простой — это увеличить концентрацию путем испарения растворителя до тех пор, пока не начнется кристаллизация. Этого можно добиться, не закрывая крышку пробирки или колбы очень плотно, а просто подождав. Многие кристаллы получают из трубок ЯМР. ЯМР-трубки обычно закрываются этой маленькой цветной заглушкой в ​​форме бейсболки, которая не слишком тугая.Если его забыть в холодильнике или на лабораторном столе на несколько месяцев, растворитель медленно испаряется из трубки ЯМР, раствор сначала зашивается, затем становится перенасыщенным, и кристаллы растут.

Другой способ получения перенасыщенного раствора — использовать тот факт, что многие соединения лучше растворяются в горячих растворителях, чем в холодных. Горячий раствор, который почти насыщен, может давать кристаллы при комнатной температуре или, при необходимости, ниже. Однако кисты, которые растут при более высокой температуре, часто сдваиваются или демонстрируют статическое расстройство.

Другой способ перенасыщения, часто лучший способ выращивания качественных кристаллов, — это использование бинарных систем растворителей. Вам нужны две жидкости, которые хорошо смешиваются, и ваше соединение должно быть растворимо только в одной из них. Жидкость, в которой растворяется ваше соединение, называется растворителем, другая жидкость — осадителем. Поскольку ваше соединение менее растворимо в смеси двух жидкостей, вы можете выращивать кристаллы, медленно смешивая (не слишком) концентрированный раствор вашего соединения с осадителем.Это может происходить как диффузия жидкость-жидкость, диффузия в газовой фазе или через мембрану (диализ).

Зарождение ядра

Кристаллизации предшествует зародышеобразование, которое происходит либо спонтанно, либо вызвано вибрацией или частицами. Если зародышеобразование начнется слишком быстро, вырастет слишком много слишком мелких кристаллов. На рисунке ниже показана диаграмма равновесия кристаллизации из раствора. Для дифрактонного эксперимента вам понадобится не более одного хорошего монокристалла. Лучший способ вырастить несколько хороших кристаллов, в отличие от большого количества плохих, — это медленно изменять концентрацию в области зародышеобразования, не углубляясь в нее.Образование зародышей (не слишком много) и начальная кристаллизация снизят концентрацию и вернут раствор в область перенасыщения. Здесь растут существующие кристаллы, но не образуются новые зародыши. Вы хотите, чтобы ваша система оставалась там. Это означает, что все изменения в вашей системе должны быть медленными.

Кристаллы дифракционного качества должны быть относительно большими. Может быть, не совсем в масштабе обручального кольца, но от 0,1 до 0,3 мм в каждом измерении — хорошее число.Чтобы вырастить крупные кристаллы, важно избегать большого количества центров зародышеобразования (см. Выше). Кристаллы, которые растут медленнее, имеют тенденцию быть больше. Для кристаллов, которые были выращены путем медленного охлаждения растворителя: обычно это улучшает качество и размер кристаллов, если раствор медленно нагревают до тех пор, пока почти все кристаллы не растворятся снова, а затем очень медленно охлаждают во второй раз. Это может уменьшить количество получаемых кристаллов и обычно улучшает качество и размер.

Я зря потратил время, теперь время тратит меня зря

Хороший кристалл растет медленно.Хорошие временные рамки для эксперимента по кристаллизации составляют от двух до семи дней. Кристаллы, которые растут в течение нескольких минут, обычно не дифрагируют так хорошо, как могли бы.

Методы кристаллизации

Как упоминалось выше, это простейший метод выращивания кристаллов. Приготовьте почти насыщенный раствор вашего соединения в подходящем растворителе, переложите по крайней мере пару миллилитров в чистый контейнер, в идеале с большой поверхностью, и накройте. Однако не накрывайте его слишком плотно (алюминиевая фольга с несколькими перфорациями, похоже, подойдет очень хорошо), так как вы хотите, чтобы растворитель испарился в течение следующих дней. Отложите контейнер в сторону и как можно меньше мешайте эксперименту (помните: вибрация может вызвать зародышеобразование).

• Преимущества: Easy.
• Недостатки: Требуется много материала, начинается с (почти) насыщенного раствора, что может привести к слишком сильному зародышеобразованию, что не очень хорошо для чувствительных к воздуху соединений.

Приготовьте почти насыщенный раствор вашего соединения с температурой кипения выбранного вами растворителя или близкой к ней. Перелейте раствор в чистую емкость и накройте. Поместите емкость в тепловую баню примерно такой же температуры и дайте медленно остыть. Дьюар с горячей водой часто помогает. Разновидностью этого метода является приготовление насыщенного раствора комнатной температуры и установка емкости в холодное место. Например. thf остается жидким при -80 ° C, что позволяет выращивать кристаллы в бане с сухим льдом и ацетоном (или в морозильной камере -80 ° C).

• Преимущества: Легко, лучше всего работает с только умеренно растворимыми веществами.
• Недостатки: Требуется много материала, начинается с насыщенного раствора (слишком много мелких кристаллов), обычно происходит при высокой температуре, что может привести к образованию неупорядоченных или двойниковых кристаллов.

Для этого метода вам понадобится бинарная система растворителей.Выберите две жидкости, которые хорошо смешиваются. Ваше соединение должно быть относительно хорошо растворимым в жидкости с более высокой температурой кипения — мы называем эту жидкость растворителем — и настолько хорошо, насколько хорошо растворяться в жидкости с более низкой температурой кипения, которую мы называем осадителем . Приготовьте раствор вашего компаунда в небольшом открытом контейнере. Поместите эту емкость в емкость большего размера, содержащую осадок, и хорошо закройте внешнюю емкость. Со временем более летучий осадитель будет диффундировать по газовой фазе в растворитель, что приведет к перенасыщению, зародышеобразованию и, если все пойдет хорошо, к окончательной кристаллизации.Вы можете регулировать скорость диффузии, изменяя температуру.

• Достоинства: Хорошо работает с небольшими количествами, обычно дает хорошие кристаллы, параметры легко контролировать.
• Недостатки: Не все так просто, найти два подходящих растворителя может быть сложно.

Как и в случае метода диффузии паров, вам потребуется бинарная система растворителей. В этом случае точки кипения не имеют большого значения, но удельные плотности двух жидкостей должны быть разными.Приготовьте концентрированный раствор вашего компаунда в растворителе и приготовьте осадитель. Перенесите небольшой объем жидкости, имеющей более высокую удельную плотность, в узкую емкость и аккуратно залейте его другой жидкостью. Лучше всего это работает со шприцем и иглой для подкожных инъекций. Со временем два растворителя смешаются и, если вам повезет, образуются кристаллы. Один из вариантов этого метода — заморозить нижний слой перед добавлением второй жидкости. Это значительно упрощает получение четкого разделения между двумя слоями.

• Преимущества: Хорошо работает с небольшими количествами, параметры легко контролировать.
• Недостатки: Подобрать два подходящих растворителя может быть непросто.

Сублимация

Сублимация не должна быть предпочтительным методом выращивания кристаллов дифракционного качества. Сублимация обычно происходит при относительно высоких температурах, а это означает, что при образовании кристаллов в системе требуется много энергии. При высокой температуре различия между двумя одинаковыми ориентациями молекул могут стать незначительными, что приводит к двойниковому или статически неупорядоченному кристаллу. Кроме того, кристаллы обычно растут слишком быстро, когда их получают сублимацией, что также может способствовать сплетению или беспорядку.

Конвекция

Конвекция, хотя и несколько экзотическая, может быть хорошим методом для выращивания кристаллов высокого качества. Создание градиента температуры в сосуде для кристаллизации путем охлаждения или нагрева его части приводит к медленному и устойчивому потоку в жидкой фазе. Идея состоит в том, что больше вещества растворяется в более горячей части емкости, перемещается в более холодную область, где начинает кристаллизоваться.Кристаллы движутся потоком, попадая в зону гудка, где полностью или частично растворяются. Те, которые растворяются лишь частично, вырастут в своем следующем путешествии из теплого в холодное и обратно в теплое. Несколько сотен раундов могут дать кристалл очень хорошего дифракционного качества. Скорость в сосуде пропорциональна градиенту тепла, который не должен быть слишком большим, поскольку слишком быстрая конвекция не оставляет достаточно времени для зародышеобразования.

Имитация конструкции Дэвида Уоткина (Watkin, D.J., J. Appl. Cryst. (1972), 5, 250.), Чак Барнс пришел к следующей идее: «Отрежьте кончик пипетки Пастера примерно на один см выше начала сужающейся части, а затем запечатайте термосваркой маленький конец, вы получите хороший дешевый термальный градиентный флакон. Поместите суспензию вашего материала в относительно слабый растворитель во флакон и центрифуги, чтобы набить нерастворенный материал в наконечник. После центрифугирования в наконечнике находится твердый осадок (~ 5 мм), покрытый чистым «плохим» растворителем. Закройте флакон тефлоновой лентой и парафильмом.Я делаю нагреватель из керамических резисторов цилиндрической формы, которые обычно можно купить в магазине электроники. Я нашел несколько зеленых на 100 Ом, они хорошего размера. Поместите кончик флакона с твердой гранулой в нагреватель так, чтобы флакон находился под углом ~ 45 градусов от вертикали. Подайте напряжение, чтобы получить на резисторе примерно 50 ° C, и у вас будет хороший температурный градиент в пробирке. Если повезет, вы получите кристаллы, растущие во флаконе. Кажется важным убедиться, что у вас есть хороший температурный градиент во флаконе.Если повезет, вы получите кристаллы, растущие во флаконе. Кажется важным убедиться, что весь аморфный материал упакован … нет порошка там, где вы хотите, чтобы кристаллы росли ». Чак добавляет об этом методе: «Временами он давал мне превосходные кристаллы, а иногда давал превосходные кристаллы (меньший разброс мозаики), даже когда кристаллы были получены в результате испарения».

Как обращаться с кристаллами, когда они у вас есть

Прежде всего: НИКОГДА не удаляйте растворитель ! Часто молекулы растворителя совместно кристаллизуются с вашим соединением, что делает их неотъемлемой частью кристаллической решетки.При удалении маточного раствора из кристаллов кристаллы подвергаются воздействию воздуха (или любого другого газа, который есть в перчаточном ящике), а молекулы летучих растворителей медленно испаряются из кристаллической решетки, оставляя пустые отверстия. Очень маленькие отверстия снижают максимальное разрешение, на которое дифрактирует кристалл, большие отверстия разрушают кристалл.

Всегда лучше не менять слишком часто условия окружающей среды для ваших кристаллов. По возможности оставьте их в покое.

Секрет выращивания больших кристаллов

Мы любим выращивать кристаллы! Это замечательное занятие в STEAM, которым дети любят заниматься снова и снова.От красивых сверкающих хрустальных венков до жутких хрустальных пауков и призраков на Хэллоуин — выращивать кристаллы всегда весело и увлекательно. Но мы делали это раньше. И мои дети становятся старше. Им нужно, чтобы их деятельность и задачи в STEAM росли вместе с ними. Итак, в этом эксперименте нашей целью было не просто вырастить холодные кристаллы, но и узнать, из каких переменных можно вырастить ДЕЙСТВИТЕЛЬНО БОЛЬШИХ КРИСТАЛЛОВ!

Что вы узнаете из этой статьи!